Exponering av GaN för UV-ljus orsakar en ansamling av elektroner vid det biologiska gränssnittet även efter att ljuset har avlägsnats. Detta fenomen, känd som persistent photoconductivity (PPC), kan användas för att stimulera neurotypiska celler på ett sätt som kan modulera mängden kalcium i celler. Kredit:North Carolina State University
Forskare har, för första gången, använde ett material ihållande fotokonduktivitet för att stimulera neurotypceller. Tekniken, vilket är relativt enkelt, bör underlätta framtida forskning om att använda laddning för att påverka cellulärt beteende.
Ett material som uppvisar ihållande fotokonduktivitet får en negativ laddning på sin yta när det utsätts för rätt våglängd av ljus, och behåller den laddningen även efter att lampan har tagits bort. Ljusets korrekta våglängd, och hur länge materialet behåller sin laddning, varierar från material till material.
Forskare har vetat i flera år att elektrisk laddning kan stimulera en cell, men befintlig teknik för att utföra relaterade experiment är ofta invasiva eller kräver specialiserad utrustning. De kan också vara extremt tidskrävande.
"Vi ville dra fördel av de elektroniska egenskaperna hos halvledaren galliumnitrid, som är biokompatibel, vilket gör det till ett riktigt bioelektroniskt gränssnitt, säger Patrick Snyder, en Ph.D. student vid North Carolina State University och huvudförfattare till en artikel om arbetet. "Resultatet är en snabbare, icke-invasivt sätt att stimulera celler som inte kräver specialutrustning."
Specifikt, forskarna exponerade ett galliumnitridsubstrat för ultraviolett (UV) ljus, skapar en negativ laddning på dess yta. Så snart UV-ljuset togs bort, forskare hällde en lösning innehållande PC12 neurotypiska celler i behållaren med substratet. Forskarna introducerade sedan ett färgämne som gjorde att de kunde mäta kalciumnivåer i PC12-cellerna.
Vad forskarna fann var att PC12-celler stimulerades när de kom i kontakt med det laddade galliumnitridsubstratet, vilket framgår av ökade kalciumjonnivåer i cellerna, jämfört med en kontrollgrupp som inte kom i kontakt med ett laddat substrat.
Detta är bevis på förändrat beteende eftersom joner är viktiga i neurotypisk cellaktivitet. Till exempel, kalciumjoner spelar nyckelroller i neuronal signalering.
"Förutom att främja vår grundläggande förståelse av vad detta material kan, vi är optimistiska att det kan underlätta arbetet för många laboratorier som är intresserade av att främja forskning om cellulärt beteende, säger Albena Ivanisevic, en professor i materialvetenskap och teknik vid NC State och motsvarande författare till uppsatsen.
Pappret, "Icke-invasiv stimulering av neurotypiska celler med hjälp av ihållande fotokonduktivitet av galliumnitrid, " publiceras i tidskriften med öppen tillgång ACS Omega .
